15.5. Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы

Усиление металлических конструкций изменением их расчетной схемы является эффективным методом, который позволяет перераспределить усилия между элементами. Все методы, рассмотренные для железобетонных конструкций (тема 12) (изменение места передачи нагрузки, повышение степени внешней статической неопределимости, повышение степени их внутренней статической неопределимости), применимы и для металлических конструкций.

На рис. 15.14 – 15.16 приведены схемы усиления металлических конструкций повышением степени статической неопределимости: путем обеспечения неразрезности стальных шарнирно опертых балок (рис. 15.14), путем устройства дополнительных жестких и упругих опор в виде подкосов, подвесок и кронштейнов для балочных конструкций (рис. 15.15), устройством затяжек, шарнирно-стержневых цепей для стропильных ферм (рис. 15.16, а, б), включением в совместную работу со стропильной фермой конструкции светоаэрационного фонаря (рис. 15.16, в).

 

 

Рис. 15.14. Усиление стальных балок обеспечением их неразрезности:

1 – стальные накладки

 

При проектировании усиления конструкций изменением их расчетной схемы следует производить проверку прочности и устойчивости всех элементов и их сопряжений на действие изменившихся усилий. Применение данных методов усиления может повлечь за собой необходимость усиления не только отдельных элементов, но и узловых соединений.

Следует стремиться к максимальной разгрузке усиливаемых конструкций, т. к. перераспределяться по новой схеме будут только усилия от нагрузки, приложенной после усиления. Эффективно выполнять предварительное напряжение дополнительных элементов усиления.

 

Рис. 15.15. Схемы усиления стальных балок дополнительными жесткими и упругими опорами: а – предварительно напряженными подкосами с опиранием на фундаменты; б – подкосами с опиранием на колонну; в – подвесками; г – предварительно напряженными кронштейнами: 1 – подкосы, 2 – затяжка с натяжным приспособлением, 3 – подвески, 4 – кронштейны

 

Рис. 15.16. Схемы усиления стропильных ферм: а – предварительно напряженными затяжками, б – шарнирно-стержневыми цепями, в – включением конструкции фонаря в совместную работу с фермой: 1 – затяжка, 2 – натяжное приспособление, 3 – стальной канат, 4 – подвеска, 5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный раскос

На рис. 15.17 приведены примеры усиления стальных балочных конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости устройствами предварительно напряженной горизонтальной и шпренгельной затяжки.

 

 

Рис. 15.17. Схемы усиления стальных балок повышением степени внутренней статической неопределимости: а – предварительно напряженной горизонтальной затяжкой; б – предварительно напряженной шпренгельной затяжкой: 1 – горизонтальная затяжка, 2 – натяжное приспособление, 3 – анкерное устройство, 4 – шпренгельная затяжка, 5 – дополнительная стойка, 6 – дополнительный подкос

 

При этом анкерные устройства по концам затяжки могут быть размещены в любом месте по длине пролета усиливаемой конструкции. Принципы расчета стальных балочных элементов, усиленных предварительно напряженными затяжками, не имеют отличий от расчета усиленных железобетонных элементов. Расчет узлов сопряжения затяжки с усиливаемым элементом производится на действие усилий в затяжке в предельном состоянии по действующим нормативным документам для стальных конструкций.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите основные особенности усиления металлических конструкций.

2. Приведите примеры усиления растянутых стальных элементов увеличением их поперечного сечения.

3. Как, в общем случае, производится усиление сжатых элементов стальных конструкций?

РЕКЛАМА

4. Приведите примеры усиления сжатых стальных элементов увеличением их поперечного сечения с уменьшением их гибкости.

5. В чем состоит особенность усиления изгибаемых металлических конструкций?

6. Приведите примеры усиления изгибаемых стальных элементов увеличением их поперечного сечения.

7. Как производится усиление стенок стальных элементов с целью повышения их местной устойчивости?

8. Приведите примеры усиления металлических конструкций за счет уменьшения их расчетной длины.

9. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения растянутых металлических элементов.

10. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения сжатых стальных элементов (из условия обеспечения прочности и устойчивости).

11. Изложите методику расчета прочности усиленных увеличением поперечного сечения изгибаемых металлических элементов (по упругой и пластической стадии).

12. Как производится усиление стальных элементов, имеющих повреждения?

13. Назовите методы усиления сварных соединений стальных элементов.

14. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышением степени внешней статической неопределимости.

15. Приведите примеры усиления металлических конструкций повышением степени внутренней статической неопределимости.

силение элементов деревянных конструкций

Частичная замена древесины в сечении заключается в вырезании дефектного участка, антисептировании древесины в местах усиления и последующей плотной установке новой древесины (рис. 16.1). Совместная работа старой и новой древесины в сечении обеспечивается болтовым, гвоздевым, нагельным соединением или приклеиванием.

 

Рис. 16.1. Усиление деревянных элементов частичной заменой древесины в сечении: 1 – усиливаемый элемент, 2 – накладки из новой древесины, 3 – болты (гвозди)

 

Для усиления растянутых и изгибаемых деревянных элементов применяется стержневая арматура, которая вклеивается в специально подготовленные продольные пазы. Стальные профили прикрепляются к усиливаемому элементу путем приклеивания или болтового (гвоздевого) соединения. Расчет усиленных элементов производится по их приведенному сечению в предположении совместной работы древесины и арматуры вплоть до разрушения.

Наиболее часто происходит снижение прочности деревянных балок междуэтажных перекрытий в местах их заделки в кирпичные стены. Из-за недостаточной термоизоляции стен и отсутствия проветривания концы балок увлажняются конденсатом, вызывая повышенную деформативность балок, их гниение и снижение прочности.

При большом количестве поврежденных балок с целью экономии металла применяются стержневые накладки, представляющие собой заранее изготовленные стальные фермы из уголков и круглых стержней (рис. 16.2).

 

 

Рис. 16.2. Усиление опорных участков стержневыми накладками:

1 – усиливаемая балка, 2 – стержневая накладка

 

Замена разрушенного концевого участка балок перекрытий производится установкой накладок из досок или брусьев, а также стальных профилей взамен обрезанного конца. Накладки могут устанавливаться сбоку или сверху сечения (рис. 16.3). На время установки накладок под балки подводят временные опоры. Элементы усиления должны быть изолированы от стен прокладками из гидроизоляционного материала. Размеры сечений накладок и соединительных болтов определяются расчетом, деревянные накладки должны быть несколько больше размеров сечения балки.

 

   

 

Рис. 16.3. Усиление опорных участков деревянных балок накладками: а – деревянными со стороны боковых граней, б – деревянной со стороны верхней грани, в – стальными со стороны боковых граней; 1 – усиливаемая балка, 2 – накладки из новой древесины, 3 – болты, 4 – уголок, 5 – хомут, 6 – деревянный вкладыш, 7 – гидроизоляция, 8 –соединительная планка, 9 – стяжной болт, 10 – накладка из швеллера

Усиление деревянных элементов стропильных крыш

В конструкциях стропильных крыш наиболее часто подвержены гниению элементы мауэрлата, соприкасающиеся с кирпичной кладкой, и участки стропильных ног, примыкающие к нему, а также стропила и обрешетка в местах протечек кровельного покрытия.

При перегрузке кровли одним из повреждений стропил могут быть продольные трещины, которые стягивают стальными хомутами на болтах (рис. 16.4).

 

 

Рис. 16.4. Усиление деревянных элементов с продольными трещинами: 1 – усиливаемый элемент, 2 – продольная трещина, 3 – стальной хомут

 

Усиление стропил может производиться увеличением поперечного сечения с помощью накладок на наиболее нагруженном участке или установкой шпренгелей (рис. 16.5). При недостаточной прочности стыка стропил с мауэрлатом устраивают дополнительные накладки или затяжки, воспринимающие горизонтальные усилия (рис. 16.6).

При значительных дефектах деревянных конструкций устраивают полную замену элементов междуэтажных перекрытий и стропильной крыши путем установки новых конструкций рядом с поврежденными.

Одним из методов реконструкции стропильной крыши при увеличении на нее нагрузки (например, замена более легкого покрытия на более тяжелое) является увеличение уклона стропил (рис. 16.7).

 

Рис. 16.5. Усиление деревянных элементов шпренгелем: 1 – усиливаемый элемент, 2 – шпренгель

 

 

Рис. 16.6. Усиление стыка стропил с мауэрлатом: а – с помощью накладок,

б – устройством затяжки: 1 – стальная накладка, 2 – затяжка

 

Рис. 16.7. Увеличение уклона стропил существующей крыши: 1 – существующая стропила, 2 – новая стропила, 3 – дополнительная стойка, 4 – соединительная планка, 5 – болты

Защита усиленных деревянных конструкций

 

Усиленные деревянные конструкции и элементы усиления должны быть защищены от гниения, воздействия вредителей и грибов, а также от возгорания. При отсутствии опасности увлажнения, наличии систематической просушки и влажности окружающей среды до 25 % применяется одноразовое антисептирование (водный раствор фтористого натрия, кремнефтористого натрия, хлористого цинка и др.), при более сложных условиях эксплуатации – двухразовое. Деревянные элементы, подлежащие сплошной окраске не антисептируются. Защита деревянных элементов от воздействия огня выполняется огнезащитными составами – антипиренами (бурой, борной кислотой, сульфатом аммония и др.). Дополнительные стальные элементы окрашиваются антикоррозионными составами.

Вопросы для самоконтроля

1. Как производится усиление деревянных элементов частичной заменой древесины?

2. Приведите примеры усиления опорных участков деревянных балок накладками.

3. Как производится усиление деревянных элементов с продольными трещинами?

4. Приведите примеры усиления стыка стропил с мауэрлатом.

5. Как производится усиление стропил существующей крыши увеличением их уклона?

6. Каким образом защищаются усиленные деревянные элементы от гниения, воздействия вредителей и возгорания?